JPH01251905A - 円偏波平面アレーアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は円偏波平面アレーアンテナに係り、特にサス
ペンデッドラインを用いた円偏波平面アレーアンテナに
関する。

（従来の技術） 衛星放送受信用に適する円偏波平面アレーアンテナとし
ては、 ■　マイクロストリップライン給電型アンテナ（クラン
ク型、パッチ型、スロット型、その他）、■　ラジアル
ラインスロットアンテナ、■　サスペンデッドライン給
電型ホーンアレーアンテナ。

等が知られている。

これらのうち、■のサスペンデッドライン給電型ホーン
アレーアンテナは、給電線路にサスペンデッドラインを
用いているため給電損失が少なく、帯域を比較的広くと
りやすく、かつ安価な基板で構成できるといった優れた
利点を有するため、特に注目されている。このサスペン
デッドライン給電型ホーンアレーアンテナの具体例は、
特開昭５９−１０３４０６号公報、特開昭５９−２０７
７０６号公報、特開昭６２−２３２０９号公報等に記載
されている。特開昭５９−１０３４０６号公報、特開昭
５９−２０７７０６号公報に記載されているアンテナは
、水平・垂直の直′ａ迩波を同時に受信できる。しかし
、現行の衛星放送電波は円偏波であるため、円偏波を利
得の低減なく受信するには、各アンテナ素子について２
つのプローブを用い、各プローブを９０°の位相差を持
なせてｖ！ｆＪ＠する必要があるので、給電部の構成が
複雑となり、コストも高くなってしまう。

特開昭６２−２３２０９号公報に記載されているアンテ
ナはこうした欠点はないが、ｗＪ＠プローブからの反射
波が軸比の劣化を引き起こすという問題がある。このた
め、−数的には電力が等分配された２つのプローブ間に
抵抗を装着することにより、反射波の影響を取り除くよ
うにしたウィルキンソン型電力分配器を用いるが、構造
が非常に複雑で、また電力分配器１つにつき抵抗が１つ
必要となるためコストの高いものとなってしまう。

これに対して、単一の励振プローブを用い、その前面に
円形導波管からなる円偏波器をホーンと直列に接続して
配置した方式のサスペンデッドライン給電型円崗波平面
アレーアンテナが提案されている。このアンテナは導波
管からなる円偏波器を励振プローブとは別に設けるため
に＃振プローブが一つでよいので、給電部の構成が非常
に簡単であり、またホーンと円偏波器の部分は金属もし
くはメタライズドプラスチック等を用いて一体加工がで
き、安価で製作が簡単であるという利点を持つ、さらに
、ホーン及び円偏波器と、励振プローブ及びサスペンデ
ッドラインとが独立・に構成されていることから、円偏
波器だけを取り外して極性を変えて取り付けることによ
り右旋・左旋の両円債波の切替えを行なうことも可能で
ある。

しかし、この方式では励振グローブとサスペンデッドラ
インを同一平面内に構成しなければならない必要から、
サスペンデッドラインを給電端子まで延ばすために基板
上で這わせる領域を確保するには、アンテナ素子間隔を
広げなければならない、−数的にアレーアンテナの利得
は、アレーを構成する素子の間隔が０．９波長前後のと
き最大であるが、この方式ではアンテナ素子間隔をサス
ペンデッドラインを這わせるためにこれ以上大きくする
必要があり、利得が低下してしまう。

（発明が解決しようとする課題） このようにサスペンデッドライン給電型平面ホーンアン
テナに導波管型の円偏波器を組合わせた方式は、安価な
材料を用い、かつ量産性に適しな比較的簡単な＃ｌ造で
、右旋・左旋切替え可能な円偏波平面アレーアンテナを
構成することができるという利点があるが、励振プロー
ブとサスペンデッドラインを同一平面内に構成する必要
から、サスペンデッドラインを這わせる領域を確保する
ために、アンテナ素子間隔を広げなければならず、高利
得を実現する上で最適な素子間順を設定することが困難
となる。

本発明の目的は、導波管型の円偏波器をサスペンデッド
ライン給電型ホーンアレーアンテナに組合わせた方式に
おいて、アンテナ素子間隔を容易に最適値に設定できる
ようにして、高い利得を実現できる円偏波平面アレーア
ンテナを提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、給電用のサスペンデ
ッドラインから円偏波器を構成する導波管への変換部に
おける円形導波管の内径を、円偏波器を構成する導波管
の内径よりも小さくしたことを骨子としている。

円偏波器を構成する導波管としては、例えば内壁の一部
に相対向する平行平面部を有する構造の円形導波管が使
用される。その場合、円偏波器を構成する円形導波管と
変換部における円形導波管との間に整合部を設けること
が望ましい、この整合部は、内壁の一部に円偏波器を構
成する円形導波管の相対向する平行平面部の間隔より狭
い間隔の相対向する平行平面部を有し、かつ該平行平面
部以外の部分（曲面部）の内径が円偏波器を構成する円
形導波管の平行平面部以外の部分の内径と変換部におけ
る円形導波管の内径との中間に設定された円形導波管に
よって構成される。

（作　用） 円偏波器を構成する導波管の内径は、円偏波器としての
動作を可能にするためにある程度大きくする必要がある
が、変換部における円形導波管の内径はこのような制約
を受けず、ある程度小さくしても特に問題は生じない、
この点を利用して、変換部における円形導波管の内径を
円偏波器を構成する導波管の内径より小さくすると、励
振プローブとサスペンデッドラインの中心導体が形成さ
れる基板上でのサスペンデッドラインの配置可能なスペ
ースが、変換部の円形導波管の内径減少分だけ広くなる
。

これにより１組のホーン、円偏波器、変換部及びＢＪＩ
Ａ１０−ブにより構成されるアンテナ素子の素子間間隔
を最適の値に設定することが可能となり、アレーアンテ
ナとしての利得が高くなる。

また、整合部を設けることによって、変換部の円形導波
管の内径を円偏波器の導波管のそれより小さくしたこと
によるアンテナ素子内部での反射特性の劣化が防止され
る。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る円偏波平面アレーアン
テナにおける一つのアンテナ素子の構成を示したもので
、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のｙ面における断面
図、（Ｃ）は（ａ）のｔ面における断面図である。この
アンテナ素子は４層構造からなり、ホーン１と円形導波
管からなる円偏波器２が一体に形成された金属体である
第１層部Ａと、サスペンデッドラインの上部導体３と該
サスペンデッドラインから円偏波器２を構成する円形導
波管への変換部における円形導波管の一部４（以下、第
１導波管という）とを構成する第２層部Ｂと、絶縁性基
板５上にサスペンデッドラインの中心導体６と励振プロ
ーブ７とを形成してなる第３層部Ｃと、前記サスペンデ
ッドラインの下部導体８と変換部における円形導波管の
一端側が閉じた池の一部９（以下、第２導波管という）
とを構成する第４層りとを順次積層したものである。

円偏波器２は円形導波管の内壁の一部に相対向する平行
平面１１．１２を形成したものであり、円偏波器２を電
波が通過する際に、入方向の基本モードとｙ方向の基本
モードの間に９０°の位相差を生じさせる。

ここで、変換部における円形導波管４，９の内径ｑは、
円偏波器２を構成する円形導波管の平行平面部１１．１
２以外の部分（曲面部）の内径ｐよりも小さく設定され
る。

一方、ホーン１と円偏波器２との間及び円は波器２と変
換部における第１導波管４との間には、それぞれ整合部
１３．１４が形成されている。整合部１３．１４は円偏
波器２と同様に内壁の一部に相対向する平行平面を有す
る円形導波管により構成されているが、その平行平面部
間の間隔及び平行平面部以外の部分（曲面部）の径ｒは
、ｐ〉ｒ＞ｑに設定される。

円偏波器２は円形導波管により構成されているため、バ
ッチ型などの共振型と比較して広帯域の軸比特性が得ら
れる。また、このよううな導波管型の円偏波器を用いず
に２本の励振グローブを９０°位相差を持たせてＹ！ｊ
ｆＪ振する方式のように複雑な給電回路を必要としない
。

なお、第１層部Ａではホーン１と円偏波器２を一体に形
成する必要があるが、アルミダイキャスト製法、または
メタライズドプラスチックによる成形により、比較的容
易に製造でき、量産性らさほど問題にならない、また、
第１層部Ａと第２層部Ｂ及び第４層部りは、導波管、円
偏波器、サスペンデッドライン導体部に関係する表面、
および各Ａ、Ｂ、Ｄ相互の接合部分が導体で形成されて
いればどのような材質・構造でもよい。

次に、本実施例の作用を説明する。第１図において、ホ
ーン１の開口から入射した円偏波の電波は円偏波器２に
よって上方向の基本モードに変換され、これが励振プロ
ーブ７により受信されてサスペンデッドラインへ伝達さ
れる。

変換部における円形導波管４，９の内径ｑを、円偏波器
２を構成する円形導波管の内径Ｐよりも小さく設定した
ことによる効果は次の通りである。

まず、ρ、ｑを同一とした場合について考えると、円偏
波器においてＸ方向の基本モードがカットオフにならな
いようにｐを０．８波長程度以上にすると、ｑも同じく
０．８波長程度以上にすることになる。その場合、最適
なアンテナ素子間隔（例えば０．９波長程度）に対して
、変換部の間にサスペンデッドラインの走ることのでき
る領域が０．１波長程度しか残らなくなってしまう。例
えば衛星放送の周波数帯である１２ＧＨｚでは、変換部
間の間隔は２．５鴎程度となるが、サスペンデッドライ
ンの幅は低損失なものを実現しようとする場合、最低２
．０Ｌ１１１以上は必要である。従って、変換部と変換
部との間に漸く１本のサスペンデッドラインが通れるか
どうかという状態となる。

しかし、第２図に円偏波平面アレーアンテナの平面図を
示すように、アンテナ素子相互間には２本のサスペンデ
ッドラインを通さなければならない箇所があるので、変
換部の間隔を２．５ｆｉ程度しかとれない状況では、ア
レーアンテナの利得を犠牲にしてアンテナ素子間隔を広
げるより方法がない。

これに対し、本発明のように円偏波器２を構成する円形
導波管の内径ｐは円偏波の励振に必要な値にしたまま、
変換部における円形導波管４，９の内径ｑのみを小さく
すると、変換部間でサスペンデッドラインを配線できる
領域が広がり、アンテナ素子間隔をｆｉｎな間際にした
ままで、サスペンデッドラインによる給電回路の採用が
可能となる。なお、ｑは円形導波管の基本モードのカッ
トオフより大きくなり、あまり管内波長が大きくなり過
ぎないようにすることを考慮しても、０．６５〜０．７
波長程度にまで小さくすることができる。

上記構成によると、円偏波器２の円形導波管と変換部の
円形導波管４，９の各々の内径が違うために、両者間で
の整合性が悪くなる。しかし、前述したように整合部１
４における円形導波管の内径ｒをｐとｑの間に設定し、
かつ平行平面部間の間隔も円偏波器２の円形導波管と変
換部の円形導波管との中間に選べば、円形導波管の内径
及び平行平面部間の間隔は円偏波器２から変換部に向か
って徐々に狭まるなめ、整合性が向上して反射特性は改
善される。また、もう一つの整合部１３はホーン１と円
偏波器２との間の整合性を向上させる働きをする。

第３図にサスペンデッドラインの断面図を示す。

第３図において、サスペンデッドラインは上部導体２１
と下部導体２２によって薄い絶縁性基板５を挟み込む構
造になっており、この基板５の上に図の紙面と直角方向
に伸びた中心導体６が形成される。−数的に伝送線路の
損失は、放射損、誘電体損、導体損の三つが存在するが
、サスペンデッドラインの場合、四方を導体である金属
で囲んでいるため放射損は存在せず、また薄い基板５を
用いて中心導体６を支持゛しているため誘電体損もさほ
ど無い、これらの理由からサスペンデッドラインは、線
路損失が少ない、また、基板５が薄いことにより線路の
電気特性に基板の影響がほとんど出ないことから、例え
ばマイクロストリップラインのように、高価な高周波特
性の良い誘電体基板を用いなくても、安価な樹脂基板等
でも十分に特性を確保できる。

第２図に第・１図のアンテナ素子を１６個アレイ化して
サスペンデッドラインで同相給電する構成とした本発明
による円偏波平面アレーアンテナを示す、各アンテナ素
子の励振プローブ７からサスペンデッドラインを介して
給電端子（出力端子）１０までトーナメント状に接続さ
れており、励振プローブ７から出力端子１０までの線路
長は全て等しく、同相給電されている。これにより、各
アンテナ素子の励振プローブ７から取り込んだ信号を、
サスペンデッドラインを介して合成することにより、出
力端子１０からアレーアンテナが受信した全電力を取り
出すことができる。

また、このような構成で各アンテナ素子までのサスペン
デッドラインの線路長を変えることで位相を変えたり、
サスペンデッドラインの線路幅を変えて電力分配比を変
えたりすることによって、指向性成形を行なったり、ビ
ームチルトを実現することができる。

さらに、ホーン１及び円偏波器２は第１層部として変換
部と独立に構成されているので、第４図（ａＨｂ）に示
すように第１層部を取り外して極性を逆にして付は直す
ことにより、右旋・左旋の円偏波の切替えを容易に行な
うことができる。

なお、上述した実施例においては変換部に一般的な円形
導波管を用いた場合について説明したが、変換部に第５
図に示すような円形１月ツジ導波管５１や、第６図に示
すような誘電体６２を内部に充填した円形導波管６１を
用いれば、遮断波長が等価的に短くなるため、変換部の
径を更に小さくすることが可能になる。従って、サスベ
ンゾ・ラドラインの配置がさらに容易となる。

［発明の効果］ 本発明によれば、導波管型の円偏波器をサスペンデッド
ライン給電型ホーンアレーアンテナに組合わせた方式に
おいて、給電用のサスベンゾ・ｙドラインから円偏波器
を構成する導波管への変換部における円形導波管の内径
を、円偏波器を構成する導波管の内径よりも小さくした
ことによって、励振プローブとサスペンデッドラインの
中心導体が形成される基板上でのサスペンデッドライン
の配置可能なスペースを広げることができる。従って、
アンテナ素子の素子間間隔をＡ適の値に設定することが
可能となり、アレーアンテナとしての利得を高くとるこ
とが可能となる。

また、サスペンデッドライン給電部に充分な領域が確保
できるために、指向性成形やビームチルトを行なうため
の多少複雑な給電系の構成をとる場合にも有利となる。

さらに、円偏波器を構成する円形導波管と変換部におけ
る円形導波管との間に、内壁の一部に円偏波器の円形導
波管の相対向する平行平面部の間隔より狭い間隔の相対
向する平行平面部を有し、かつ該平行平面部以外の部分
の内径が円偏波器における円形導波管の平行平面部以外
の部分の内径と変換部における円形導波管の内径との中
間に設定された円形導波管からなる整合部を介在させる
ことによって、変換部の円形導波管の内径を円偏波器に
おける円形導波管の内径より小さくしたことに伴なうア
ンテナ素子内部の反射特性の劣化を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）ｆｂ）（ｃ）は本発明の一実施例に係る円
偏波平面アレーアンテナを構成するアンテナ素子の構造
を示す上面図とｙ面及びｔ面における断面図、第２図は
本発明の一実施例に係る円偏波平面アレーアンテナの概
略的な平面図、第３図は同実施例におけるサスペンデッ
ドラインの断面図、第４図（ａ）　（ｂ）は同実施例に
おける円偏波の回旋方向切替え方法を説明するための概
略的な平面図、第５図は本発明の他の実施例の要部であ
る円形リッジ導波管を用いた変換部の横断面図、第６図
は同じく誘電体充填型円形導波管を用いた変換部の横断
面図である。 Ａ・・・第１層部、Ｂ・・・第２層部、Ｃ・・・第３層
部、Ｄ・・・第４層部、１・・・ホーン、２・・・円偏
波器、３サスペンデツドラモ 円形導波管、５・・・絶縁性基板、６・・・サスペンデ
ッドライン中心導体、７・・・励振グローブ、８・・・
サスベンデッドライン下部導体、９・・・変換部の第２
円形導波管、１０・・・出力端子（給電端子）、１１゜
１２・・・平行平面、１３．１４・・・整合部。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第２図 ！２２ 第３図 （ａ） （ｂ） 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ホーンと導波管からなる円偏波器とを形成してな
   る第１層部と、サスペンデッドラインの上部導体体と該
   サスペンデッドラインから前記円偏波器を構成する導波
   管への変換部における第１円形導波管とを構成する第２
   層部と、絶縁性基板上に前記サスペンデッドラインの中
   心導体と励振プローブとを形成してなる第３層部と、前
   記サスペンデッドラインの下部導体と前記変換部におけ
   る一端側が閉じた第２円形導波管とを構成する第４層部
   とにより構成されるアンテナ素子を複数個配列してなる
   円偏波平面アレーアンテナにおいて、前記変換部におけ
   る円形導波管の内径を前記円偏波器を構成する導波管の
   内径よりも小さくしたことを特徴とする円偏波平面アレ
   ーアンテナ。
2. （２）前記円偏波器は円形導波管の内壁の一部に相対向
   する平行平面部を有する構造であり、この円偏波器を構
   成する円形導波管と前記変換部における第１円形導波管
   との間に、内壁の一部に前記円偏波器を構成する円形導
   波管の相対向する平行平面部の間隔より狭い間隔の相対
   向する平行平面部を有し、かつ該平行平面部以外の部分
   の内径が円偏波器を構成する円形導波管の平行平面部以
   外の部分の内径と前記変換部における第１及び第２円形
   導波管の内径との中間に設定された円形導波管からなる
   整合部を設けたことを特徴とする請求項１記載の円偏波
   平面アレーアンテナ。